[發明專利]微細倒錐孔的電解加工方法及其裝置

有效

• 申請號: 201610199017.3
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105728874B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 李勇;劉國棟;孔全存;佟浩;李朝將
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23H9/16
• 分類號: B23H9/16
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司44311
• 代理人: 娜拉

技術領域

本發明涉及一種微細倒錐孔的電解加工方法及其裝置，屬于微細特種加工技術領域。

背景技術

在機械零件結構的微型化和精密化趨勢下，高深寬比的微細倒錐孔在發動機、微機電系統和精密儀器等領域的應用越來越多。例如柴油發動機噴油嘴上的微細倒錐形噴孔可有效提高燃油的燃燒效率、減少廢氣排放等。而且在其燃油噴射的入口處加工圓角可以進一步提高燃油的流量系數。隨著倒錐孔尺寸形狀和精度要求的提高，微細倒錐孔精密成形和表面光整加工難度的逐漸增大，如何實現尺寸微小、形狀精度高、表面質量好的微細倒錐孔及其出口圓角的加工仍然是一個挑戰。

目前微細倒錐形噴孔的常用加工工藝是采用電火花加工或激光加工實現孔的加工成形，然后采用磨粒流擠壓研磨工藝提高通孔的表面質量。微細電火花加工得到倒錐孔需采用電極偏擺機構或成型電極，雖然其成形效率較高，但是工具電極的損耗無法避免，影響孔的形狀精度。激光加工微細孔沒有工具損耗，但是其表面質量較差。盡管飛秒脈沖激光加工的發展具有提高加工效率和表面質量的潛力，但其應用尚不成熟。磨粒流擠壓研磨可以輔助降低表面粗糙度改善表面質量，但是磨粒流會破壞孔的形狀精度，而且孔內殘留的磨粒清洗比較困難。

電解加工是利用電化學反應的原理使陽極金屬在電解液中以離子形式溶解，從而將工件蝕除成形的一種精密加工方法。具有加工精度高，工件表面質量好的特點。在采用電解加工微細倒錐孔中，嚴格控制孔的輪廓形狀即直徑變化非常關鍵。在穩定的電解加工狀態下，微細倒錐孔的直徑由加工電壓、脈沖占空比、工具電極進給速度和電解液的電導率分布等因素決定，隨著工具電極向下進給，精確控制加電解加工電壓、脈沖占空比、進給速度可實現對微細孔尺寸和形狀的精確控制。然而，目前電解加工中材料蝕除形成的孔徑與加工參數間的定量關系以及加工參數的控制規律的選取方法尚不明確。

CN201110144408提出一種微細倒錐孔的電解加工方法和裝置，其工藝是預先在工件上鉆削或電火花加工一通孔，然后在該通孔的基礎上電解加工得到倒錐孔，其電解工序中工具電極與通孔的二次對中誤差較大，對中精度直接影響微細倒錐孔的形狀精度，而且由于需要二次加工，所以工序也比較復雜。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種微細倒錐孔的電解加工方法及其裝置，該電解加工方法一次性實現微細倒錐孔的精密成形，不需二次加工。通過建立孔徑與加工參數間的定量關系，按一定規律協同控制加工參數，最終實現微細倒錐形孔的精密成形。

一種微細倒錐孔的電解加工方法，包括以下工序：提供一待加工工件、一工具電極、一脈沖電源和一高壓內沖液單元，所述工具電極具有一內孔，所述待加工工件與所述脈沖電源的正極電連接，所述工具電極與所述脈沖電源的負極電連接；打開高壓內沖液單元的液泵電源，使所述高壓內沖液單元通過所述工具電極的內孔向加工間隙提供電解液；開啟脈沖電源輸出脈沖信號，所述工具電極向下進給運動，工具電極向下進給運動過程中，根據電解加工中微細倒錐孔的加工參數協同控制關系，控制電解加工電壓U、脈沖占空比λ和工具電極進給速度v_f三個參數中的一個或多個參數隨著加工深度h變化，所述加工參數協同控制關系由微細倒錐孔的孔徑-參數關系d＝83.59+182.06×λ-17.06×λ×v_f+0.35×U²以及微細倒錐孔的形狀參數d＝a₀·h+d₀得到，其中，所述孔徑-參數關系是以待加工工件材料為18CrNi8，電解液為NaClO₃建立的，a₀由微細倒錐孔的錐角決定，d₀為微細倒錐孔的入口直徑，h為加工深度；所述待加工工件被貫通后，所述工具電極作變加速向上回退運動，進行出口圓角的加工，最后工具電極向上回退運動到初始位置，得到所述微細倒錐孔。

一種微細倒錐孔的電解加工裝置，包括一工具電極，一待加工工件，一脈沖電源以及一高壓內沖液單元，所述工具電極與所述脈沖電源的負極電連接，所述待加工工件與所述脈沖電源的正極電連接，所述工具電極包括一內孔，所述高壓內沖液單元通過所述工具電極的內孔向加工間隙提供電解液，其特征在于，進一步包括一低壓電解液循環單元，該低壓電解液循環單元用于在所述待加工工件被貫通后，向工具電極和待加工工件間的加工間隙內提供電解液。